Lanthanoids

◄    Lanthanoider    ►

Lanthanoide [ lantanoˈiːdə ] ("lanthanum-lignende"; gresk : slutt -ειδἠς ( -eides ) "lignende") er et gruppenavn for lignende elementer . Tilskrevet den er lantanet og 14 i det periodiske tabellen etter elementene cerium , praseodymium , neodymium , promethium , samarium , europium , gadolinium , terbium , dysprosium , holmium , erbium , thulium ,Ytterbium og lutetium . I betydningen av begrepet tilhører ikke lanthanum gruppen lanthanum-lignende. Her følger imidlertid IUPAC-nomenklaturen praktisk bruk. Bruk av det gamle navnet lantanid er fortsatt tillatt. Alle lantanider er metaller og blir også referert til som elementer i lantan- serien. De er en del av gruppen av sjeldne jordmetaller .

57
La 		58
Ce 		59
Pr 		60
Nd 		61
pm 		62
Sm 		63
Eu 		64
Gd 		65
s 		66
Dy 		67
Ho 		68
han 		69
Tm 		70
Yb 		71
Lu
Et overblikk over alle stabile lantanider

Hendelse

Lantanidene er også kjent som sjeldne jordmetaller. Dette navnet er forvirrende ved at elementene i denne gruppen, med unntak av det ustabile promethium, på ingen måte er så sjeldne som det er antydet. For eksempel er cerium mer vanlig i naturen enn elementene arsen eller bly . De er involvert i strukturen til jordskorpen til en massefraksjon på 0,02%. Det er totalt 15 elementer fra den sjette perioden , hvorav de 14 elementene som følger lanthanum kan forstås som en undergruppe av den tredje undergruppen .

På grunn av deres kjemiske likhet er lanthanidene for det meste sosialiserte i naturen. Siden separasjonen av de enkelte lanthanidene er vanskelig og deres kjemiske egenskaper er veldig like, blir disse elementene ofte gruppert under det (uoffisielle) kjemiske symbolet Ln (ikke å forveksle med La for lanthanum). Mange av dem kan fås fra monazitt (også kalt sekundære avleiringer - monazitesand). De vanligste og økonomisk viktigste mineralene som inneholder lanthanider er:

I formlene betegner Ln alle elementene fra lantan til lutetium, så vel som det svært like yttrium (Y).

I nesten alle mineraler er det en opphopning av enten lette (Ce) eller tunge lanthanoider (Y oppfører seg som en tung lanthanoid når det gjelder mineralkjemi). For eksempel inneholder monazitt overveiende Ce og La, mens innholdet av følgende lanthanoider synker med atomnummeret (derfor gis monazittformelen alltid som CePO 4 ). I Xenotim finner man nøyaktig det motsatte tilfellet (derav også YPO 4 ). Denne for det meste meget effektive fraksjoneringen skyldes lantanidkontraksjonen og de tilgjengelige krystallgitterstedene, som varierer i størrelse fra mineral til mineral. Andre mineralgrupper kan noen ganger innlemme høye andeler lanthanoider i strukturen (f.eks. Zirkon , granat ). Videre forekommer lanthanidene på månen i form av de såkalte KREEP-malmene .

eiendommer

Krystallstrukturen til lantanidene unntatt cerium, samarium, europium og ytterbium.

Fysiske egenskaper

Lantanidene er blanke, sølvfargede, relativt myke og reaktive metaller. Nesten alle av dem har den nærmeste pakningen av kuler , noe som er typisk for metaller . Hardheten øker med økende atomnummer.

I likhet med aktinidene , det lanthanoids hører til den indre overgangselementer eller f-blokkelementer , ettersom f orbitaler i disse rekker er ikke helt fylt med elektroner.

Prometiumisotoper er ustabile, dvs. radioaktive.

Kjemiske egenskaper

På grunn av den samme strukturen til valensskallet oppfører lantanidene seg kjemisk som elementene i den tredje gruppen av det periodiske systemet skandium og yttrium, og sammen med disse danner de en gruppe sjeldne jordarter . De oksiderer raskt i luften og blir kjedelige. De reagerer mer eller mindre raskt med vann for å danne hydrogen .

Fra Cer blir 4f orbital gradvis fylt opp. I tilfelle lutetium er det helt opptatt med 14 elektroner. Siden 4f-orbitalene ligger dypt inne i atomene , har de liten innflytelse på den kjemiske oppførselen i motsetning til d-orbitalene til de andre undergruppeelementene. Lantanidelementene er derfor relativt like når det gjelder kjemiske egenskaper. De er så like at når ytterjord ble oppdaget i 1794, ble de til og med antatt å være oksid av ett og samme element. Det samme gjelder de mange komponentene i ceritejord. Felles for dem er oksidasjonsnummeret +3. I tillegg forekommer oksidasjonstallene +2 og +4 med noen elementer.

En diskontinuitet i løpet av de ioniske radiene mellom gadolinium og terbium blir referert til som et gadoliniumbrudd i lantanider. Dette forklarer hvorfor, til tross for likheten mellom lanthanoidene, endres den kjemiske oppførselen til elementene etter gadolinium. Den kjemiske oppførselen kan lett påvirkes av Gadolinium Break. Spor av americium er nok for at et terbiumkompleks kan ta strukturtypen til de lettere lanthanoider.

Farger av lantanidionene i vandig løsning

oksidasjon
nummer		 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71
+2 Sm 2+
blodrød 		Eu 2+
fargeløs 		Tm 2+
lilla rød 		Yb 2+
gulgrønn
+3 La 3+
fargeløs 		Ce 3+
fargeløs 		Pr 3+
gulgrønn 		Nd 3+
lilla 		Pm 3+
lilla rosa 		Sm 3+
dyp gul 		EU 3+
fargeløs 		Gd 3+
fargeløs 		TB 3+
fargeløs 		Dy 3+
gulgrønn 		Ho 3+
gul 		Han 3+
dyprosa 		Tm 3+
blekgrønn 		Yb 3+
fargeløs 		Lu 3+
fargeløs
+4 Ce 4+
oransje-gul 		Pr 4+
gul 		Nd 4+
blå-fiolett 		TB 4+
rødbrun 		Dy 4+
oransje-gul

Lantanid sammentrekning

På grunn av lantanidkontraksjonen avtar atomradiusen  nesten kontinuerlig i området fra cerium  (183 pm) til lutetium (172 pm) (unntakene er europium og ytterbium). Dette skyldes at elementene som - basert på atomnummeret - er foran lantanidene allerede har fylt 6s og 5p skallene med elektroner, men ikke 4f ​​skallet. Lantanidene fyller nå 4f-skallet med elektroner. I en forenklet fremstilling av atomet som består av romlig adskilte elektronskall, er et elektronskall, romlig nærmere kjernen, nå fylt med ladningsbærere. I tillegg er kjernen selvfølgelig fylt med samme antall protoner som elektroner tilsettes 4f-skallet. Den resulterende sterkere tiltrekningen mellom elektroner og protoner krymper atomradiusen mens atomnummeret øker.

Denne effekten er faktisk ikke eksepsjonell, da radiusen alltid avtar når en bolle fylles i løpet av en periode. Imidlertid har denne eiendommen noen konsekvenser:

  • På grunn av den avtagende størrelsen er det lett mulig å separere ved hjelp av ionebyttere .
  • I holmium er radien til Ln 3+ så liten at den nesten tilsvarer den til Y 3+ ; derfor finnes yttrium vanligvis sammen med de "tunge jordene"
  • Innen en gruppe har overgangselementene i 2. og 3. posisjon veldig like egenskaper.

bruk

Det er mange eksempler på bruken av lanthanoidene:

Se også

Merknader

  1. ↑ Før introduksjonen av ionebyttere kunne forskjellige valensnivåer bare brukes til cerium (treverdig og tetravalent) eller europium (toverdig og treverdig); med de andre elementene måtte man omkrystallisere hundrevis av ganger for å skille dem .

litteratur

weblenker

Individuelle bevis

  1. ↑ Wolfgang Liebscher, Ekkehard Fluck: Den systematiske nomenklatur av uorganisk kjemi . Springer-Verlag, Berlin 1999, ISBN 3-540-63097-X .
  2. ^ Nomenklatur for uorganisk kjemi, IUPAC-anbefalinger 2005 .
  3. ↑ AM Mariano: Økonomisk geologi av sjeldne jordartsmineraler . I: BR Lipin, GA McKay (red.): Anmeldelser i Mineralogy , Vol. 21 - Geokjemi og mineralogi av sjeldne jordartselementer (1989). Publisert av Mineralogical Society of America, ISBN 0-939950-25-1 , s. 309-337.
  4. Stein Georg Steinhauser : Strukturell kjemi - Et snev av ingenting. I: Nyheter fra kjemi. 66, 2018, s. 118, doi : 10.1002 / nadc.20184067855 .
  5. ^ AF Holleman , E. Wiberg , N. Wiberg : Lærebok for uorganisk kjemi . 102. utgave. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s. 1937.
  6. T dtv-atlas om kjemi . 1981 , del 1, s. 220.
  7. ↑ a b Lanthanide forelesningsmanus fra University of Bayreuth.